硅壳包被的核壳型量子点荧光纳米颗粒的制备及其细菌计数的应用

第60卷第3期2021年5月Vol.60No.3May 2021中山大学学报（自然科学版）ACTASCIENTIARUM NATURALIUM UNIVERSITATISSUNYATSENI硅纳米粒子的功能化及生物分析应用*李春荣1，3，邹小勇1，戴宗21.中山大学化学学院，广东广州5102752.中山大学生物医学工程学院，广东深圳5181073.黔南民族医学高等专科学校，贵州都匀558013摘要：硅纳米粒子作为一类新兴的荧光纳米材料在生物传感研究方面有许多优势。

近年来，开展功能化硅纳米粒子修饰在生物传感器、生化分析、荧光探针等方面受到科研工作者的广泛关注。

本综述对硅纳米粒子的功能化修饰技术，及其在荧光检测、生物传感、成像分析等领域的研究进展进行了总结和评述，并对硅纳米粒子的功能化发展前景及应用进行了展望。

关键词：硅纳米粒子；细胞成像；功能化修饰；生物传感；荧光检测中图分类号：O657文献标志码：A文章编号：0529-6579（2021）03-0001-11Founctional silicon nanoparticles and bioanalitical applicationLI Chunrong 1，3，ZOU Xiaoyong 1，DAI Zong 21.School of Chemistry ，Sun Yat -sen University ，Guangzhou 510275，China2.School of Biomedical Engineering ，Sun Yat -sen University ，Shenzhen 518107，China3.Qiannan Medical College for Nationalities ，Duyun 558013，ChinaAbstract ：As a newly emerging nanomaterial ，silicon nanoparticle possesses many advantages in the ap⁃plication of biosensor.In recent years ，silicon nanoparticles have been received widespread attention in biosensor ，bioanalytical ，and fluorescence probe.Herein ，the functional modification ，and application in fluorescence detection ，biosensor ，and imaging analytical of silicon nanoparticles were reviewed.Moreover ，the future functional modification developments and application of silicon nanoparticles are al⁃so discussed.Key words ：silicon nanoparticles ；cell imaging ；function modification ；biosensor ；fluorescence detection 硅是地壳中含量第二大元素，为各种硅相关应用材料提供了丰富而低成本的资源支持。

第43 卷 第 1 期2024 年1 月Vol.43 No.11~18分析测试学报FENXI CESHI XUEBAO （Journal of Instrumental Analysis ）荧光纳米探针的合成及其应用研究进展侯可心，丁晟，杨焜，王在玺，李钒*（军事科学院系统工程研究院，天津 300171）摘要：近年来涌现的荧光纳米探针独特的尺寸及结构赋予其优异的光稳定性、较高的荧光量子产率、可调的激发发射波长等众多优势，引起科研工作者的广泛关注。

荧光纳米探针作为一类重要的光响应性纳米材料在小分子及生物大分子检测、细胞成像、活体诊断等领域具有广阔的应用前景，有望成为传统有机荧光染料的理想替代物。

该文针对目前研究较多的量子点、金属纳米簇及金属-有机框架及其他纳米荧光探针，介绍了其结构组成、物理化学性质等基本性质，并着重阐述其主要合成方法以及在化学传感、生物医学等领域的应用及研究进展，最后对目前该领域的发展前景做出总结及展望。

关键词：荧光纳米探针；光响应性；量子点；金属纳米簇；金属-有机框架中图分类号：O657.3；G353.11 文献标识码：A 文章编号：1004-4957（2024）01-0001-18Research Progress of Design ，Synthesis and Application of Fluo⁃rescent Nanoprobe HOU Ke -xin ，DING Sheng ，YANG Kun ，WANG Zai -xi ，LI Fan *（Institute of Medical Support Technology ，Academy of System Engineering of Academy of Military Sciences ，Tianjin 300171，China ）Abstract ：In recent years the unique size and structure of fluorescent nanoprobe would give it excel⁃lent performances including good photo stability ，high fluorescence quantum yield and the adjustable length of the excitation and emission wavelengths ，and these advantages attract wide attention of re⁃searchers. Fluorescent nanoprobe as an important kind of photo -responsive nanomaterial is consid⁃ered promising in many fields such as small molecules detection ，biomacromolecules detection ，cel⁃lular imaging and real -time in vivo diagnosis ，and is expected to become an ideal substitute for tradi⁃tional organic fluorescent dyes. The aim of this review is to provide a survey on the research progress of the main materials such as quantum dots ，metal nanoclusters and metal organic frameworks ，in⁃cluding structure and physicochemical property ，especially the synthetic method and the application in chemical sensing and biomedical fields ，while finally make summary and prospect.Key words ：fluorescent nanoprobe ；photo -response ；quantum dots ；metal nanoclusters ；metal or⁃ganic frameworks 荧光探针作为一种荧光传感器，以荧光物质为指示剂，可通过荧光信号变化用于对特定分子的检测。

基于核壳结构的纳米材料研究进展目前，纳米材料研究是现代科学中一个重要的研究领域。

纳米技术的应用涉及到诸多领域，如电子、材料、生物和环境等。

其中，基于核壳结构的纳米材料吸引了大量专家学者的关注。

这篇文章将着重介绍基于核壳结构的纳米材料研究进展。

一、概述纳米材料是指直径在1-100纳米之间的材料。

这些材料具有特殊的物理和化学性质，因而拥有广泛的应用前景。

在纳米材料的制备过程中，原子级别的控制是非常重要的。

核壳结构是指以一种材料作为内核，通过合成方法在外围包覆上另一种材料的结构。

在这种结构中，内核可以为所包覆的外围材料提供机械支撑和热稳定性，同时外围材料可以对内核进行保护和表面修饰。

因此，这种结构可以将两种材料的优点优势相结合，进一步拓展了纳米材料的应用领域。

二、氧化物核壳结构氧化物在材料科学中具有非常重要的地位。

以氧化物为核心和外壳的核壳结构纳米材料具有多种优良特性。

在固体材料中，核壳结构的氧化物纳米颗粒的外层可以形成一种固相保护层，避免了还原反应和氧化反应带来的潜在危险。

此外，还可以通过表面修饰，增强材料在不同领域中的性能和用途。

例如，以二氧化硅(SiO2)为外壳材料，铁氧体(Fe3O4)为内核，可以制备出磁性固体颗粒。

这种核壳结构的磁性固体颗粒在药物分离、生物标记以及用于磁性荧光探针等方面具有广泛的应用。

此外，通过合成具有核壳结构的氧化物颗粒，也可以实现对生物分子的高灵敏度检测，对环境物质的检测以及制备高效催化材料等。

三、金属核壳结构金属作为材料科学中应用十分广泛的材料之一，也被广泛地用于纳米领域。

金属核壳结构的纳米材料以其良好的电学、热学等特性受到了业界的高度关注。

其中，金属纳米材料的核壳结构被广泛用于制备新型催化剂、传感器、光学器件等领域。

例如，金属核壳结构的银纳米颗粒，由于其表面光学性能的优异，被广泛用于生物技术和药学领域。

通过合成核壳结构的银纳米颗粒，可以实现对蛋白质、细胞等生物分子的高灵敏度检测。

北京化工大学硕士学位论文InP与ZnSe基荧光量子点的合成及其在指纹显现中的应用姓名：***申请学位级别：硕士专业：化学工程与技术指导教师：***20110523摘要ＩｎＰ与ＺｎＳｅ基荧光量子点的合成及其在指纹显现中的应用摘要半导体量子点一般指是由ＩＩ．Ⅵ族和ＩＩＩ．Ｖ族等元素组成，粒径为２～ｌＯｎｍ的零维纳米材料。

由于其具有强的量子尺寸效应，在电子，光学和表面可修饰性方面显示出优越的性质，在光电转换、半导体器件及生物标记等领域，显示出极大的研究和应用价值。

量子点作为一种新型的荧光材料，与传统的有机荧光染料相比，具有宽的激发光谱，窄而对称的发射光谱、高的荧光量子产率、荧光寿命长、光稳定性好等优点。

半导体量子点的制备方法主要包括有机相合成、微乳液合成和水相合成等。

由于有机相和微乳液合成等方法合成量子点条件苛刻，原料成本高，毒性大，限制了该方法的实际应用。

采用简单的水相合成的量子点具有很好的生物相容性，可以直接应用于生物标记。

对于ＩＩ．Ⅵ族的Ｃｄ系列量子点的研究目前已经比较成熟，但由于重金属Ｃｄ的毒性，限制了其作为生物标记材料的研究和应用。

在本论文中，我们通过紫外光照和相转移方法合成了水溶性的ＩｎＰ／ＺｎＳ复合结构量子点及系列ＺｎＳｅ基荧光量子点，这些量子点低毒或无毒，作为“绿色”荧光量子点，在生物标记领域具有更广阔的应用前景。

同时我们对不同量子点的制备工艺、结构和荧光性能进行了系统的研究，并考察了其对各种客体指纹显现效果的影响。

实验研究结果如下：１、分别采用溶剂热法和化学法合成了ＩｎＰ量子点，其中溶剂热Ｔ北京化．Ｔ大学硕．１：学位论文合成中，以甲苯为溶剂，十二烷胺（ＤＤＡ）为包覆剂，通过改变溶剂热合成温度（１５０。

Ｃ、１６５。

Ｃ、１８０。

Ｃ），可以得到颗粒尺寸为３—４ｎｍ的ＩｎＰ量子点，经巯基乙酸修饰后得到水溶性ＩｎＰ／ＺｎＳ量子点。

不同温度合成ＩｎＰ后包覆的ＩｎＰ／ＺｎＳ量子点的荧光最佳发射波长分别为４３８ｎｍ，５０８ｎｍ和５７５ｎｍ。

荧光纳米粒子的介绍及应用写在前面的话：荧光探针(fluorescent probe)在化学传感、光学材料及生物检测和识别等领域得到了广泛的应用，并成为实现上述功能的一种主要的技术手段。

但以传统的有机荧光染料为主的荧光探针在应用中也存在一些难以克服的缺陷。

最近，无机发光量子点、荧光聚合物纳米微球、复合荧光二氧化硅纳米粒子等荧光纳米探针的相继出现，在一定程度上克服了传统有机荧光试剂的缺陷，为生物分析提供了新的发展领域，成为了近年来研究的热点，在此我想作一简单介绍，希望能起到抛砖引玉的作用，如果大家觉得我有什么地方说错的话，欢迎批评指正！让我也从中受益！1、荧光纳米粒子的分类荧光纳米粒子是指可以发荧光的半导体纳米微晶体（量子点）或将荧光团(Fluorophore)通过包埋、共价键连接以及超分子组装等方式引入有机或无机纳米粒子中，并让纳米粒子承担有机小分子荧光染料的检测、标记等功能。

与传统的荧光染料相比，荧光纳米粒子具有更高的亮度和光稳定性，也能更加容易地实现水分散性和生物相容性。

另外，随着纳米制备技术的进一步提高，对纳米粒子的尺度的精确控制及对粒子功能化手段的日臻完善，这在很大程度上使荧光纳米粒子满足了化学传感器、生物探针等领域的要求。

目前荧光纳米粒子主要有无机发光量子点、荧光高分子纳米微球、复合荧光二氧化硅纳米粒子三大类。

1.1.量子点量子点(quantum dot, QD)又可称为半导体纳米微晶体，是由数百到数千个原子组成的无机纳米粒子，是一种由 II-VI 族或者 III-V 族元素组成的纳米颗粒。

目前研究较多的主要是CdX(X = S、Se、Te)。

量子点粒径很小，它们的电子和空穴被量子限域，连续能带变成具有分子特性的分立能级结构，因此光学行为与一些大分子很相似，可以发射荧光。

量子点的体积大小严格控制着它的光谱特征。

量子点的晶体颗粒越小，比表面积越大，分布于表面的原子就越多，而表面的光激发的正电子或负电子受钝化表面的束缚作用就越大，其表面束缚能就越高，吸收的光能也越高，即存在量子尺寸效应，从而使其吸收带蓝移，荧光发射峰也相应蓝移。

《核壳结构ZnO-C量子点用作有机太阳能电池电子传输层研究》篇一核壳结构ZnO-C量子点用作有机太阳能电池电子传输层研究核壳结构ZnO/C量子点在有机太阳能电池电子传输层的应用研究一、引言随着科技的进步，有机太阳能电池（Organic Solar Cells, OSC）因其低成本、轻便性和可塑性等优点，已成为可再生能源领域的研究热点。

在OSC中，电子传输层是决定电池性能的关键因素之一。

近年来，核壳结构的ZnO/C量子点因其独特的光电性能和优异的电子传输能力，在电子传输层的应用中受到了广泛关注。

本文将就核壳结构ZnO/C量子点在有机太阳能电池电子传输层的应用进行深入研究。

二、核壳结构ZnO/C量子点概述核壳结构ZnO/C量子点是由ZnO核和碳壳组成的纳米结构。

这种结构不仅可以提高ZnO的稳定性和导电性，还能有效调整其能级结构，使其更适合作为电子传输层材料。

此外，碳壳的引入还能增强量子点的光吸收能力和抗辐射性能。

三、核壳结构ZnO/C量子点在电子传输层的应用1. 制备方法：首先，通过溶胶-凝胶法或化学气相沉积法等方法制备出核壳结构ZnO/C量子点。

然后，将制备好的量子点溶液涂覆在OSC的电子传输层上，形成一层均匀的薄膜。

2. 电子传输性能：由于核壳结构的独特设计，ZnO/C量子点具有优异的电子传输性能。

实验结果表明，这种量子点作为电子传输层材料，可以有效提高OSC的电子迁移率和填充因子，从而提高电池的整体性能。

3. 光电器件性能：将核壳结构ZnO/C量子点应用于OSC的电子传输层后，电池的光电转换效率得到了显著提高。

此外，这种量子点还能提高电池的稳定性和抗辐射性能，使其在复杂环境下仍能保持良好的工作性能。

四、实验结果与讨论1. 实验结果：通过对比实验，我们发现使用核壳结构ZnO/C 量子点作为电子传输层材料的OSC，其光电转换效率、填充因子和开路电压等性能参数均得到了显著提高。

此外，这种量子点还能有效提高电池的稳定性和抗辐射性能。

【专题】荧光纳米粒‎子的介绍及‎应用荧光探针(fluor‎e scen‎t probe‎)在化学传感‎、光学材料及‎生物检测和‎识别等领域‎得到了广泛‎的应用，并成为实现‎上述功能的‎一种主要的‎技术手段。

但以传统的‎有机荧光染‎料为主的荧‎光探针在应‎用中也存在‎一些难以克‎服的缺陷。

最近，无机发光量‎子点、荧光聚合物‎纳米微球、复合荧光二‎氧化硅纳米‎粒子等荧光‎纳米探针的‎相继出现，在一定程度‎上克服了传‎统有机荧光‎试剂的缺陷‎，为生物分析‎提供了新的‎发展领域，成为了近年‎来研究的热‎点，在此我想作‎一简单介绍‎，希望能起到‎抛砖引玉的‎作用，如果大家觉‎得我有什么‎地方说错的‎话，欢迎批评指‎正！让我也从中‎受益！1、荧光纳米粒‎子的分类荧光纳米粒‎子是指可以‎发荧光的半‎导体纳米微‎晶体（量子点）或将荧光团‎(Fluor‎o phor‎e)通过包埋、共价键连接‎以及超分子‎组装等方式‎引入有机或‎无机纳米粒‎子中，并让纳米粒‎子承担有机‎小分子荧光‎染料的检测‎、标记等功能‎。

与传统的荧‎光染料相比‎，荧光纳米粒‎子具有更高‎的亮度和光‎稳定性，也能更加容‎易地实现水‎分散性和生‎物相容性。

另外，随着纳米制‎备技术的进‎一步提高，对纳米粒子‎的尺度的精‎确控制及对‎粒子功能化‎手段的日臻‎完善，这在很大程‎度上使荧光‎纳米粒子满‎足了化学传‎感器、生物探针等‎领域的要求‎。

目前荧光纳‎米粒子主要‎有无机发光‎量子点、荧光高分子‎纳米微球、复合荧光二‎氧化硅纳米‎粒子三大类‎。

1.1.量子点量子点(quant‎u m dot, QD)又可称为半‎导体纳米微‎晶体，是由数百到‎数千个原子‎组成的无机‎纳米粒子，是一种由II-VI 族或者III-V 族元素组成‎的纳米颗粒‎。

目前研究较‎多的主要是‎C dX(X = S、Se、Te)。

量子点粒径‎很小，它们的电子‎和空穴被量‎子限域，连续能带变‎成具有分子‎特性的分立‎能级结构，因此光学行‎为与一些大‎分子很相似‎，可以发射荧‎光。

核壳量子点研究进展摘要：核壳量子点是半导体材料研究热点之一。

介绍了核壳量子点各种结构及其应用，着重综述了近年来有机合成路线制备核壳量子点方法，包括高温入注法、交替离子层吸附生长法、单前体法、种子生长法、离子交换法、一锅法等，并简述了各自的实验原理。

最后对核壳量子点的制备研究进行了展望。

关键词：量子点；核壳结构；合成最近几十年，量子点即粒径小于其材料波尔半径的半导体纳米晶体，由于其独特物理、化学和发光性质备受人们关注。

其中，核壳量子点研究，一直是热门课题之一。

一方面，核壳量子点可有效消除单核量子点表面阴、阳离子缺陷，减少非辐射跃迁，提高发光性能。

另一方面，不同性质半导体纳米晶体构成核壳量子点，具有全新功能。

因此，核壳量子点在发光二级管、生物标记和医学成像、生物传感器、太阳能电池等方向有着重要应用前景。

本文就近年来，国内外合成新型核壳量子点结构及其应用进行归纳，重点综述了核壳量子点制备研究进展。

1 核壳量子点结构核壳量子点是由两种或多种半导体材料组成异质结构纳米晶体。

按照核壳半导体材料能带相对位置和排布方式不同，分为Type-I型、反转Type-I型和Type-Ⅱ型3种。

1.1Type-I型核壳量子点Type-I型核壳量子点，是指壳层材料导带能级比核层材料导带能级高，壳层材料价带能级比核层价带能级低，如：CdSe/ZnS、CdSe/CdS、CdS/ZnS等。

由于壳层禁带比核层禁带宽，大部分光生载流子限域在核内。

激子因壳层阻隔，被外表面缺陷捕获的几率减小，量子点发光效率和荧光稳定性得到明显提高。

该类型量子点可用于LED、生物标记，荧光探针等领域。

1.2 反转Type-I型核/壳量子点反转Type-I型核壳量子点与Type-I型相反，壳层材料导带能级比核层材料导带能级低，壳层材料价带能级比核层价带能级高。

核层材料禁带比壳层材料禁带宽。

非常有趣的是：改变这种异质结构核半径或壳层厚度，光生载流子限域范围也会发生变化。